способ изготовления накопительных конденсаторов

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАКОПИТЕЛЬНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ, включающий создание слоистой структуры, отличающийся тем, что слоистую структуру получают путем выращивания слоистого монокристалла полупроводника селенида индия методом Бриджмена, затем отделяют скалыванием одну пластину и интеркалируют ее в расплаве нитрата калия при 380 410^oС в течение 15 30 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к конденсаторостроению и может быть использовано при разработке конденсаторов как для различных устройств радиоэлектроники, так и для сглаживания пиковых перегрузок сетей электропитания.

В настоящее время известны способы изготовления накопительных конденсаторов, основанные на явлении поляризации объемного заряда двойного электрического слоя, возникающего на границах раздела раствора электролита с электродами, разнесенными на расстояния, соизмеримые с макроскопическими размерами конденсаторов.

Известен способ изготовления накопительного конденсатора, состоящий в том, что два электрода погружаются в раствор электролита (или разделяются сепаратором, содержащим электролит), после чего такую систему помещают в корпус с последующей герметизацией. Этот способ позволяет создавать конденсаторы, обладающие большой удельной емкостью.

Несмотря на то, что указанный способ является новым шагом в конденсаторостроении, следует обратить внимание на следующие его недостатки:

принцип создания таких конденсаторов по классической схеме два электрода, разделенных электролитом с необходимым корпусированием, естественно ограничивает возможности дальнейшей миниатюризации с одновременным повышением удельных характеристик,

явления, лежащие в основе работы таких конденсаторов, определяющие и способ их изготовления, приводят к ограничению значений их параметров, не превышающих: по удельной емкости 10-15 Ф/см³; по рабочему напряжению 1-2,5 В.

Цель изобретения устранение указанных недостатков посредством принципиально нового подхода к созданию накопительных конденсаторов.

Цель достигается тем, что в известных способах изготовления накопительных конденсаторов, заключающихся в возникновении, благодаря явлению поляризации, объемнозарядного двойного электрического слоя на границах раздела раствора электролита с электродами, используется классическая схема конструкции таких конденсаторов, т.е. два электрода с соответствующими электрическими выводами, разделенные электролитом, помещаются в герметичный корпус, причем увеличение удельной емкости и рабочего напряжения для этих конденсаторов ограничивается используемыми классом электродов и рабочим электролитом, соответственно.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что предлагаемый отличается от известного тем, что с целью увеличения удельной емкости, повышения рабочего напряжения с обеспечением одновременной возможности значительной микроминиатюризации посредством нового подхода состоит в изготовлении накопительного конденсатора в виде одного образца слоистого монокристаллического полупроводника InSe, который интеркалируют нитритом калия при 380-410^оС в течение 15-30 с. Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Накопительный конденсатор изготавливается в виде одного образца монокристалла слоистого полупроводника InSe, который интеркалируется из расплава нитрита калия (KNO₂). Полупроводниковые монокристаллы InSe обладают структурой, состоящей из стопы отдельных слоев. Атомы в слое соединены сильными (преимущественно ковалентными) связями, а между слоями действуют слабые силы Ван-дер-Ваальса. Наличие "гостевой" степени свободы в таких кристаллах позволяет вводить чужеродные молекулы "гости" в области Ван-дер-Ваальсовой связи, т.е. проводить интеркаляцию. Экспериментально нами было установлено, что в InSe легко внедряется нитрит калия из его расплава. Получаемый интеркалированный материал представляет собой накопительный конденсатор. При этом в отличие от прототипа:

возможна значительная миниатюризация накопительных конденсаторов, так как толщину пластин интеркалата InSe<KNO<SUB>2
принцип работы таких накопителей по предлагаемому способу, основанный на не вполне понятых в настоящее время эффектах межслойного накопления заряда в полученных интеркалатах, позволяет увеличить удельную емкость почти в 20 раз, а рабочее напряжение повысить до 10 В.

П р и м е р. Монокристаллы InSe выращивались по методу Бриджмена из стехиометрического состава компонент. Из слитков полученных монокристаллов механическим скалыванием вдоль слоев отделялись пластинки размерами 2,5 х 2,5 х 0,5 мм. С двух сторон на противоположных гранях, совпадающих с кристаллографическими плоскостями скола, наносились контакты токопроводящим клеем марки ВК-20Т и токоотводы в виде медной проволоки. Полученный образец помещают в фарфоровую ячейку с расплавом соли при 390^оС. Продолжительность экспонирования составляла 25 с (см. таблицу). В завершение приготовленные образцы герметизировали со всех сторон компаундом марки Ф-47.

Изготовленные предлагаемым способом конденсаторы обладают удельной емкостью Суд 30-300 Ф/см³ и рабочим напряжением 2-10 В.

Таким образом, использование предлагаемого способа изготовления накопительного конденсатора позволяет значительно повысить удельную емкость всех известных в настоящее время конденсаторов, увеличить рабочее напряжение накопителей с одновременным обеспечением возможности значительной миниатюризации.